Способ подготовки высоковязких углеводородных жидких топлив к эксплуатации Советский патент 1992 года по МПК C10L1/04 

Изобретение относится к эксплуатации котлотурбинных энергетических установок, например судовых, может быть использовано при эксплуатации судов, электростанций на жидком топливе и т.д.

Известен способ предварительной подготовки высоковязких углеводородных топ- лив, например мазутов перед подачей на сжигание в топку котлов с использованием для их обработки ультразвуковых колебаний (см. Зубрилов С.П., Селиверстов В.М., Браславский М.И. Ультразвуковая кавита- ционная обработка топлив на судах. Л.: Судостроение, 1988, с. 23 - 43), включающий фильтрацию, подогрев топлива и обработку его ультразвуком большой мощности. Указанный способ, не обеспечивая значимого снижения концентрации вредных канцерогенных соединений в газообразных продуктах сгорания мазута, выбрасываемых в атмосферу, предопределяет использование сложного дорогостоящего технологического оборудования, малопроизводителен и требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

Известен способ получения низкозастывающих малосернистых котельных топлив (патент США № 4138227, 1979), включающий вакуумную перегонку продуктов крекинга без их движения. Способ обеспечивает снижение температуры застывания котельных топлив, принципиально не обеспечивая улучшения условий их сжигания и экологическую чистоту продуктов сгорания,

Известен также способ обработки углеводородных жидких топлив перед сжиганием в котлотурбинных установках (см. Селиверстов В.М., Браславский М.И. Методы обработки тяжелых топлив, тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции Актуальные проблемы технического прогресса судовых турбинных установок. Л.: Судостроение, 1989, с. 136), включающий фильтрацию топлива, его по: догрев и вторичную фильтрацию топлива

XI

О

о

Ј

о

после подогрева Способ обладает рядом принципиальных недостатков. Не обеспечивает разложение углеводородов с длинными цепями (не выше Сю - Ci2), т.е. не обеспечивает снижение выброса в атмосферу канцерогенных углеводородов (например, наиболее опасного бензопирена).

Наиболее близкими к изобретению по технической сущноститгвЯя ются способ обра ботки у7леводородных жидких топлив перед сжиг ан йем в котлотурбинных установках (см. Иванов С.М и Канторович Б.В. Топливные эмульсии и суспензии. М.: Энергоатомиздат, 1963, с. 55 - 57, 65) и способ облагораживания остаточных нефтепродуктов (авт. св. СССР N 773067, 1980), включающий фильтрацию, подогрев и про- давливание топлива через регулируемую щель при 15 - 35°С сб скоростью 50 - 130 м/с.

Анализируемый способ, обладая несомненными технологическими достоинствами (нет необходимости в дорогостоящем технологическом оборудовании, высокой квалификации обслуживающего персонала), не решает основную в настоящее время задачу снижения выброса в атмосферу канцерогенных составляющих продуктов сгорания углеводородных топлив. Технологически указанное обусловлено тем, что способ не обеспечивает высококачественной обработки топлива. Асфальтеносмолистые соединения, которые реально всегда присутствуют в углеводородном жидком топливе (например, по ГОСТ 10585-75 во флотском мазуте Ф-5, Ф-12 допускается до 50% асфальтеносмолистых веществ), не го- могенезируются на близмолекулярном уровне, что приводит к нарушению процесса горения в топке котла, химическому и механическому недожогу топлива в котле и, -как следствие, выбросу в атмосферу канцерогенных соединений в продуктах сгорания, например, таких как бензопирен

С20Н12.

Цель изобретения - снижение количества канцерогенных продуктов сгорания топлива в процессе его сжигания в котлотурбинных энергетических установках. Другой целью изобретения является снижение интенсивности саже- и коксооб- разований на поверхностях нагрева котла в процессе его эксплуатации. Указанная цель достигается тем, что после фильтрации и подогрева топлива, отвечающего требованиям ГОСТ 10585-75, ГОСТ 10439-75, ГОСТ 1667-68 по содержанию асфальтеносмолистых соединений, проводят его струйно-ка- витационную обработку продавливанием его со скоростью 20 - 40 м/с с обеспечением

вакуума в топливной системе 0,5 - 0,7 кгс/см2. Температура предварительного подогрева топлива, указанная в ГОСТ, соответствует марке используемого

высоковязкого мазута.

При этом повторную, как в способе-прототипе, фильтрацию топлива не производят. Сопоставимый анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается новыми действиями и их последовательностью, обуславливающими его эффективность: наличием струйного движения топлива; продавливанием жидкости (топлива)

для получения ее струйного движения;

наличием кавитационных явлений в струе продавливаемой жидкости;

поддержанием вакуума 0,5 - 0,7 кгс/см2 в зоне струйного движения для ускорения

кавитационных явлений в струйном потоке топлива;

разложением или диссоциацией топлива на близмолекулярном уровне вследствие кавитации.

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию новизны.

Сравнение предлагаемого технического решения не только с прототипом, но и с другими известными к настоящему времени

техническими решениями в области эксплуатации котлотурбинного оборудования показывает, что предлагаемый способ отличается оригинальным подходом к процессу обработки углеводородного топлива

перед сжиганием с использованием эффективных физических явлений, таких как струйно-кавитационная обработка с применением пропускания струи топлива через вакуум с фиксированными эффективными

диапазонами изменения параметров скорости истечения. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенных отличий.

С физической точки зрения снижение

содержания при горении топлив в котлах канцерогенных углеводородов, например особенно опасного для здоровья человека и животных бензопирена C2oHis обусловлено тем, что указанный способ обработки топлива, подаваемого к форсунке, обеспечивает стабильность процесса горения без срыва пламени и, как следствие, более полное окисление углеводородов топлива.

Указанное подтверждается результатами многочисленных систематизированных экспериментальных исследований, подтвержденных актом, прилагаемым к материалам заявки.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Перед сжиганием по предлагаемому способу обрабатывали флотский мазут Ф-5 (ГОСТ 10585-75). После фильтрации и подогрева мазута до (+40) - (+60)°С осуществляли его струйно-кавитаци- онную обработку продавливанием со скоро- стью истечения смеси 28 м/с. После обработки мазут сжигали. Замеры концентрации химических компонентов в уходящих котельных газах показали, что в сравнении с прототипом содержание метана (СЩ) равно нулю (прототип 0,07%), аммиака 4,5 мг/м (прототип - 9.0 мг/м3), оксиды азота уменьшились на порядок (0,4 и 2,1 мг/м3 соответственно), углеводороды в 5-6 раз (0,32 - 0,33 и 1,8 мг/м3 соответственно), а бензопирен практически отсутствует (прототип 0,009 мг/м3). Глубина вакуума составляла 0,55 кгс/см2.

Пример 2. Струйно-кавитационной обработке прода вливанием со скоростью 35 м/с с последующим сжиганием в топке котла подвергали подогретый до (+70) - (+90)°С флотский мазут Ф-12 (ГОСТ 10585-75). Анализ проб газов осуществляли с помощью стационарного хромотографа Биохром. Установлено, что в уходящих газах резко снижено содержание углеводородов тяжелой группы. По сравнению со способом- прототипом содержание углеводородов типа Ci2 снижено в 1,5 раза, Ci4 - на 10%, Cis - на 12%, углеводороды тяжелее CIQ отсутствуют совсем (у прототипа Сао 321 мг/м3, С21 85 мг/м3). Диапазон изменения скорости продавливания смеси 20 - 40 м/с и глубина вакуума составляла 0,67 кгс/см .

При скорости продавливания топлива менее 20 м/с и более 40 м/с содержание углеводородов в выбросах, а также аммиака и оксидов азота возрастает и при отклонениях от указанных крайних значений на 0,5 - 1 м/с увеличивается по сравнению с предлагаемым диапазоном на 5 - 10%. Таким образом, предлагаемый диапазон является оптимальным.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в ликвидации необходимости проведения научно-конструкторских разработок и создания оборудования (весьма дорогостоящего по очистке дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу от тяжелых углеводородов (в частности, канцерогенного бензопирена, окиси азота, аммиака и проведения мероприятий по экологической очистке воздушного бассейна в районах функционирования котельных установок, в частности электростанций.

Формула изобретения Способ подготовки высоковязких углеводородных жидких топлив к эксплуатации в топливной системе перед сжиганием в котлотурбинных энергетических установках, включающий фильтрацию, подогрев топлива и его продавливание через регулируемый зазор, отличающийся тем, что, с целью снижения канцерогенных продуктов сгорания топлива, его продавливают в струйно-кавитационном режиме со скоростью 20-40 м/с при давлении в топливной системе на выходе из зазора 0,5-0,7 кгс/см2.

Использование: эксплуатация судов, электростанций, Сущность изобретения: топливо фильтруют, подогревают и продавливают через регулируемый зазор в струй- но-кавитационном режиме со скоростью 20-40 м/с. Давление в топливной системе на выходе из зазора 0,5-0,7 кгс/см .